计算机通信与网络课件

计算机通信与网络

第二讲数据传输（通信基础）

课件制作人：李众立

第二讲数据传输（通信基础）

数据传输之一（信道技术）

数据传输技术计算机通信接口技术

数据传输之二（信源技术）

传输的数据变换（关注多媒体通信）

数据传输之三（复用技术）

提高数据传输效益的相关技术

课件制作人：李众立

数据传输之一

■一、通信系统组成^

■二、数据传输技术要点概览

■1、传输介质及基本特性

■2、传输的数据变换

■3、数据传输技术实现

■三、计算机通信接口技术

■（计算机通信技术基础）

-1,通信接口基本概念

■2、计算机通信接口技术

课件制作人：李众立

2、传输的数据变换

■如何利用传输介质是网络技术应用的一

个基本问题

■目前使用的传输介质有多种，它们在传

输特性上存在着差别，因此，数据传输

设备采用不同的信号变换技术，以取得

满意的数据传输质量。（双绞线，ISM频

道868/915,2.4G频道，RS232,

RS485,ADSL技术，的利用与限制等），

课件制作人：李众立

2、传输的数据变换

■模拟数据与数字数据,模拟信号和数字信

号，现在主要是数字数据和数字信号。

模拟数据

数字数据

模拟数据

数字数据

讨论：现在使用的四种数据变换的应用实例课件制作人：李众立

(1)模拟传输系统

两种信道通路：模拟信道和数字信道

模拟信道传输的

关键技术是调制

(数字信号在模

拟信道中的载波

传输)

课件制作人：李众立

(1)模拟传输系统

几种最基本的调制方法

■调制就是进行波形变换(频谱变换)。

-最基本的二元制调制方法有以下几种：

■调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。

■调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。

■调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而

变化。

课件制作人：李众立

(1)模拟传输系统

对数字信号的几种调制方法

基带信号_Q_I1LQ__Q—I111L_Q_Q

调幅—脚删一

/

-vwv酬删删/帅

-WVWVWWWW

讨论：收音机的载波与检波原理课件制作人：李众立

几种新型数字调制方法

■QAM正交振幅调制：在系统带宽一定的

条件下，多进制调制系统的信息传输速

率比二进制调制系统高，即多进制调制

系统的频带利用率高。但如果充分地利

用整个信号矢量平面，即把幅度和相位

联合起来调制，就可以在不减小最小距

离的情况下，增加信号矢量的端点数目,

这就是振幅相位键控(APK)

课件制作人：李众立

一种正交调制QAM

■QAM(QuadratureAmplitudeModulation)

■可供选择的相位有12种，

而对于每一种相位有1或

2种振幅可供选择。

■由于4bit编码共有16种不同的

组合，因此这16个点中的每个

点可对应于一种4bit的编码。

■若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行

解调时要正确识别每一种状态就越困难。

讨论：有线数字电视的信号调制特色分析课件制作人：李众立

几种新型数字调制方法

■无载波幅度相位调制CAP：

CAP与QAM的区别在于抑制了不携带任何有

用信息的载波，而且。正文载频的调制过程采

用两个幅频特性相等、相位特性相差杠TT/2的

横截型带通数字滤波器（Hilbert对）在数字域

完成，两路数字信号相加后经D/A变换输出，

CAP优越于QAM的特点在于更多地使用了数字

处理技术，易于大规模的数字集成，降低成本,

此外，去除载波分量使得改变频谱的形态、中

心频率、对称性等特征更加容易，仅需改变数

字滤波器的抽头系数即可。

讨论：现在使用的调制技术实例分析课件制作人：李众立

(2)、数字信号的基带传输

基带(直流和低频开始的信号，频谱结构复杂)

数字数据的数字信号编码

(p44)

数字数据的数字信号编

码的目标是：经过编码，

使二进制“1”和“0”的特

性有利于传输，

基带信号的码型原则：

频谱中不含直流分量，码

型有透明性，易定位，编

译码简单。

讨论：网卡送到双绞线上数据波形和MODEM出口滴蝙颁吊吩立

O1IOOO1O111

(a)NRZ

—(不^归超r)

fb）NRZI

（小门等见

一反转码）

<c>双极性AMI

《传号交替

倒筲编码）

Z»||I

d-w

<d>伪三：7±科

IIJ-

（e）是彻场持四iMwumMnM

C♦）差分曼彻期

侍码

IIIIIIIItII

图3.2.6典型的数字数据的数字信号编码

讨论：分析曼彻斯特编目原理与实现技术课件制作人：李众立

数字信号的基带传输

带传输系统中的扰码和解扰

在数字通信系统中常采用扰码技术。扰码的作用是

在发送端将传送的数字码变换成“0”、“1”近似等概

率、前后独立的随机码流，其目的是限制连“0”或连

“1”的长度，从而有利于比特定时信息的提取。使信

号频谱扩散并保持相对稳定，可以避免或减轻某些周

期性基带信号由于具有较强的离散线谱而造成的对其

他系统的干扰。在接收端进行扰乱的逆过程，还原原

妗断娓

［扰乱一蠢矗闻一疆』T均衡—j判快卜上解扰一

国•扰乱器与解扰器在传输系统中生位置

课件制作人：李众立

%(2)、数字信号的基带传输

器用数字信号来对模拟数据进行编码的典型实

例是：在程控电话交换设备的用户接口电路上,

采用脉冲编码调制(PCM)脉冲编码调制

信号

采样

编码

解码

还原____一

»t

讨论：计算一路语音PCM码传输频率。课件制作人：李众立

(2)、数字信号的基带传输

-数字信号的基带传输在近距离通

信组网中有广泛的应用前景，但

速度与距离是瓶颈。

课件制作人：李众立

3、数据传输技术实现

数字通信实验系统

有线通信无线通信

—语音录放信源处理—

无线传感器网络

语音录放电路ARP9600||语音录放电路ARP9600

模式录音电源模式录音

M1M2M1M2

启

模出话筒耳机模入话筒耳机

停

——模拟信号数字传输CC2430原理

+CVSD-频

射频发送调制解调器

◎无线收发模块

射频接收CSMA/CA处理

ZigBee

OUT频率合成MAC定时器无线处理寄存器

低功耗电源多种定时器

数字信号模拟传输8051微控制器

14位ADCINT、DMA

FSK调制解调AOA。FSK调制解调128KFLASH

MSM7512BMSM7512BI/O接口8KRAM串行接口

AIAlA/D串口I/OINT

XDRSEAIRDCDEAI

课件制作人：李众立

数字通信实验系统

特色功能:

数字通信实验系统

一靠蠡翻鼠一无线通信提供数字、模拟两个

无线传感器网络

语音录放电路ARP9600语音录放电路ARP96OO4电源

■|RF收发器|

M1M2模式录音电源M1M2模式录音

启|CPUI传输通道.

CC启OO

模出话筒耳机模入话筒耳机n7on

停Rs232

PC机

——模拟信号数字传输——CC2430原理提供多功能实验信源,

+CVSD-频率+CVSD-

射频发送无线收发模块调制解调器

|Mc35115||Mc35115|

DO.DI射频接收CSMA/CA处理

HDB3NRZ

+HDB3NRZZigBee提供有线、无线两种

CD22103OUTINCD221O3频率合成MAC定时器无线处理寄存器

■GA.

低功耗电源多种定时器

*A“言号模拟他蛤______8051微控制器传输介质端口，

14位ADCINT、DMA

FSK调制解调调制解调

AOA0FSK128KFLASH

MSM7512BMSM7512BI/O接口8KRAM串行接口

••

AlAI提供电子线路与计

A/D串口I/OINT

XDRSEAIRDCDEAI2——算机两种实验模式。

课件制作人：李众立

实验系统的技术方案

|单工话音基带传输设计（数字信号的基带传输）

…「放]△M[HOBH-------1IHOBJIIIIIg/

i[={6}国'城科灯产布纹电,卜叶译西片洋行忖叶|用^

单工语音基带传揄框图

DM是继PCM后的又一种模拟信号数字化方法，使用连续可变

斜率增量调制（CVSD）,以：L6Kbp、或32Kbp的数码率进

行编码，收发无需位同步时钟，编译码器结构简，得到广泛

的应用。为实现话音信号的长距离传输

数字信道传他

SKHz16KHz32KHz34KHz为实现话音信号的长距离传输，

-HDB3OUT

DSIK

一中DB3IN

CMCVSD之后要进行HDB3变换（三阶

NR201T3

J4

-HDB3IN31高密度双极性码），将信源基带变换

HDB3CUT

成适合于信道传输的信道基带信号

讨论：HDB3变换的原理与应用#

课件制作人：李众立

实验系统的技术方案

基于MODEM实现多机主从式通信技术

MSM7512BRS是日

TH电干转换

为RS-2W电4本OKI公司生产的FSK

调制解调器，该器件符

电

理电将卡合ITU・TV.23规则，采

及用半双工的工作方式，

单时机巾号处波特率为1200kb/s;

理也珞

具有75kb/s波特率的

用I远程数裾通信系就原理框用反向传输通道。

数字信号模拟传输

FSK调制解调A。FSK调制解调讨论：在实验方案中要使用电

MSM7512BMSM7512B话线远距离通信，需要怎样的

软硬件补充#

XDRSEAIRDCDEAI

课件制作人：李众立

实验系统的技术方案

基于语音录放芯片的信源设计

语岂录放APR<H>OCvcc

1?B产自，建音，L---

«•«_!_!MVVCCD

MlH耳机F克

M1X27[

--•»-i…/RE止

APR960cAPRS60D3

,言，不苜26

放器录音M2M2oaciK

425

一••”M4工丁,-----

ttfedtlt阳肮出开修■停止棋及偷入

M5MSELI-1nIOOK

Z3Y八______

一上M6，C£

3BK7।B1K

芯片第7脚OSCH端外接电阻的阻值，可OscR/Strobe------------------

R211ED2

M7Anaout

改变录放时的采样频率.芯片第I.2.3.4.2C^01M47k

一—0

5、6、8、9脚即Ml~M8为1-8分段.录放，•便AruIn7i»f

1KLED1"io

端，芯片23脚/CE、27脚/RE分别为复Bi-syAGC

位、录放端。芯片第14.15WSP+、SP-为Micref

语言信号输出端,>VSSDM日IN一J

160，

录音时将拨向录音位置、然后分VSSAVCCA47K

K1空士w2?j»

别接通Ml~MS端即可进行分段录音。放23P-

J0,lMf22，“

音时将K1拨向放音位置,然后分别接通

Ml~M8端即可达到分段放音的目的0图一

讨论：提出性价比更好信源方案

课件制作人：李众立

三、计算机通信接口技术

1,通信接口基本概念

用户环境信号线与控制线信号线与控制绷"环境

盅丘比特传；

通信设施’、-

一通信环境一

用户设施■用户设施

-DTE：数据终端设备，有数据处理能力和发送、接

收数据能力的设备。

■DCE：数据电路端接设备，在DTE和传输线路之

间提供信号变换和编码，负责数据链路的连接。

课件制作人：李众立

2、计算机通信接口技术

（1）、计算机的通信接口基础回顾

计算机通信接口涉及两个最基本的问题，

一是计算机如何与其他设备连接（通信接口要求）

二是计算机进行信息交换（数据与协议）

1）异步串行通信接口

将构成信息的字符转换为二进制数据位，按照

设定频率，顺序逐位传输的通信方式

（串行通信有两种基本通信方式，即异步通

信和同步通信，思考同步通信）

课件制作人：李众立

异步串行通信接口

数据格式，波特率

■接口电平转换:

rn数据人｛

讨论：异步串行通信的数据、波形编码分析。课件制作人：李众立

异步通信接口原理与应用

脑）内部结机0封装外杉

设置数据格式，波特率，（寄存器设置），

接收：读状态标志，读接收缓冲器，存放数据

发送：读状态标志（空），取数据，写发送缓冲器，

讨论：PC机，高级片机的异步通信接口的新功能解件制作人李众立

I2、计算机通信接口技术

上（1）、计算机的通信接口基础回顾

T）、远距离串行通信接口标准

RS422

一种平衡通信接口，将传输速率提高到lOMb/S,最大距离

可达1200M。一条平衡线上最多可连接工0个接收器。

电路由发送器、平衡电缆、负载电阻、接收器几部分组成。

每个通道用两条线，定义为A、B,AA与BB对应相连，收发两

端之间有大于+200MV的电平时，输出正逻辑电平工。该标准

输出的电压范围为正负2—6V,一

7

75174-

1，

囚

』

1Am

^0

—FH

nYE电lm%

B

B[Bn

HvafIA4B

嚏f

4A4A

2^IY爆B

4Y嘘4Y

Hr

区

2t14雌

Y0o'2Y

rJB巨

A0呃2A

N3Z3Y

区

习3Y2B3A1

,

3AGNND5B一

4-16RS-422A接口电中转及他由.

2）、远距离串行通信接口标准

RS485

i■EIA在RS422的基础上制定了RS485标准，用以扩展

串行异步通信的应用范围。在RS485规范中，增加了

多点、双向通信以及抗共模干扰等能力。

■RS485可采用二线或四线连接。二线连接能实现主从

多点双向通信。四线与RS422一样，能实现一对多点

的通信，总线上可连接多达32个设备。

■RS485最大传输速率为10Mb/S,当波特率为1200b/S

时，最大传输可达15KM,平衡双绞线的长度与传输

速率成反比。

■RS485需要两个终接电阻，接在传输总线的两端，其

阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。一般在300M以

下不需终接电阻。

■通信网络接口中V,X系列使用平衡通信接口，P60

课件制作人：李众立

$（2）、网络接口（以太网）

工）、网卡原理

-网络接口也称网卡。由网络接口控制器、网络接口芯片、

收发器接口以及隔离电路组成。网络接口控制器NIC是核心

部件，主要功能是接收和发送数据流。数据流是以帧进行

封装。收发器接口和隔离电路组成了一个调制解调器，用

干在网络曲缆卜传送、挎收调制、解调数据流信号。

网络电城

计

算网络接口控制器NIC实现

机

总

线IEEE802o3的MAC层功能，

内部有双DMA通道FIFO电路,

电馈

发送、并串转换模块。它把FIFO中的并行数据转换成

串行数据并发送出去。同时，也把串行数据送往CRC校验

模块，产生校验码并发送。

课件制作人：李众立

I（2）、网络接口（以太网）

上2）、基于芯片构成网络接口

■在嵌入式系统中加RTL8019（8029）芯片构成网络接口，

是根据802.3的MAC层（媒体访问控制）设计的以太网NIC。

具有接收与发送物理介质上的串行数据的功能，具备MAC

层的控制功能。其内部的协议逻辑阵列能够实现SMA/CD

协议，装、拆帧（加、去帧头），实现接收同步。采用这种方

法成木非常低廉，不足的是软件设计比较复杂。

课件制作人：李众立

W（2）、网络接口（以太网）

■一■3）、硬件协议栈芯片构成网络接口

MCU多种接口的W5：L00模块

硬件全部模块化结构，直接R>

45与网络连接；

W5100外围电路优化设计，

MCU直接通过直接总线接口、间

接总线接口和SPI总线选择连接

支持硬件TCP/IP协议：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,

ARP,PPPoE,Ethernet；支持ADSL连接；

4个独立的端口（sockets）同时工作；内部：L6K字节存储

器作TX/RX缓存；内嵌lOBaseT/工OOBaseTX以太网物理层,

支持自动应答（全双工/半双工模式）；支持自动极性变换

（MDI/MDIX）；

讨论：介绍W5100模块应用范例。课件制作人：李众立

（3）、新型接口

1）、USB通用串行总线接口

■USB接口是一种通用的高速串行接口。特点是

高速传输特性（具有低速、全速、高速；最快达

480Mbps）和热插拔，扩展性好（最多可以连接

127个USB设备）等特点

外

部

CY7c68013属于器

Cypress公司的一款件

PC

USB2.0芯片。是一个

带增强型MCS51内核和

USB接口的单片机图1USB数据传输流程图

课件制作人：李众立

1）、USB通用串行总线接口

最长为5E

3000C二二二二DOOOC存巾S

GND-X：标D

■USB收发数据用差模输入输出驱动器，信号低输

出状态，稳态输出值小于0・3V,且要承担1.5K、

3.6V的灌电流；在信号的高输出状态，稳态输出值

必须大于2.8V,且要承担1.5K到地的拉电流。

■在传输数据时，驱动器的输出是两个相差180度的

信号，即一个输出为高电平时，另一个则为低电平。

接收器检测到两条线之间的电压差，当D+比D.高

时，信号被定义为差模“V,反之为差模“0”；

课件制作人：李众立

$1）、USB通用串行总线接口

■USB转UART桥接芯片CP2101

国I食也应川电协

课件制作人：李众立

1）、USB通用串行总线接口

USB接口芯片CH374

一一个USB总线的通用接口芯片,支持

USB-HOST主机方式和USB-DEVICE设

备方式

INT#MCC

1TNT*upr28CH374T

2RSTIVS#27

RU5RT#IROCST##INT#VCC

3UR#RSTS#T261INTtVCC29

4RD#S252UR#CS#19

RUDE#NRSRTT#URRD#CGSN#D

5ACD243#18

UCEKNOACGTN#RAD0#sDOG/NDD7

6P^23W17

CSKLOsDOGN/DD«AU03SsDD0I//DD76

7SLPSD0/D7225V3SDIK//D61b

8A0sDI/D6216UD+sCD515

AVO3SsDCIK/D/D657UUDD+-SCK/DD54

9UUR20UXDI-DD4314

10D+D4198scs/13

UUDD+scs/DD43XXIOSCS/DD32

11UGDN--SCS/DD3189XDO0DD2112

12